MAC layer (Επίπεδο ζεύξης) 06.12.2018 Teaching assistant : Anastasia Rigaki

Μοντέλο επιπέδων διαδικτύου Κάθε επίπεδο : Λαμβάνει δεδομένα από το ανώτερο επίπεδο Προσθέτει επικεφαλίδα Προωθεί τη νέα μονάδα στο επόμενο επίπεδο

Επίπεδο ζεύξης Υπεύθυνο για τις μεταφορές δεδομένων μεταξύ γειτονικών στοιχείων του δικτύου. Παραδείγματα τεχνολογιών ζεύξης επικοινωνίας Ethernet Wireless LAN Κόμβοι (nodes) Τα τερματικά (hosts) και οι δρομολογητές (routers) Ζεύξεις (links) Τα κανάλια επικοινωνίας που συνδέουν τους γειτονικούς κόμβους

Είδη ζεύξεων Μονόδρομη ζεύξη (simplex) : μετάδοση προς μόνο 1 κατεύθυνση Ημιαμφίδρομη ζεύξη (half-duplex) : μετάδοση σε οποιαδήποτε κατεύθυνση Αλλά όχι ταυτόχρονα Πλήρως αμφίδρομη ζεύξη (full-duplex) : ταυτόχρονη μετάδοση και προς τις 2 κατευθύνσεις

Πρωτόκολλα MAC Κατανομή Καναλιού : χωρισμός καναλιού σε μικρότερα τμήματα TDMA , FDMA , CDMA Τυχαία Πρόσβαση : το κανάλι δε χωρίζεται , επιτρέπονται οι συγκρούσεις Slotted ALOHA, pure ALOHA , CSMA (CSMA/CD , CSMA/CA) “Παίρνοντας σειρά προτεραιότητας”: κόμβοι που έχουν περισσότερα να στείλουν μπορούν να πάρουν σειρά για περισσότερη ώρα

Πρωτόκολλα Τυχαίας Πρόσβασης (Random Access) Όταν ενας κόμβος έχει πακέτο να στείλει Μεταδίδει στον πλήρη ρυθμό του καναλιού R Δεν υπάρχει εκ των προτέρων συντονισμός μεταξύ των κόμβων Εάν 2 ή περισσότεροι κόμβοι μεταδίδουν ΣΥΓΚΡΟΥΣΗ!!!! Τα πρωτόκολλα τυχαίας πρόσβασης καθορίζει Πώς να ανιχνευθoύν οι συγκρούσεις Πώς να ανακάμψει από τις συγκρούσεις

PURE ALOHA Όποιος χρήστης έχει ένα ή περισσότερα πακέτα δεδομένων τα µεταδίδει Ο χρόνος είναι συνεχής και κάθε χρήστης µπορεί να µεταδώσει τα πακέτα του αµέσως µόλις δημιουργηθούν Υπάρχουν συγκρούσεις όταν δύο πακέτα συµπέσουν χρονικά έστω και κατά ένα µόνο µέρος οι σταθµοί των οποίων τα πακέτα συγκρούσθηκαν περιµένουν ένα διάστηµα και µετά επιχειρούν πάλι εκποµπή του πακέτου To διάστηµα αναµονής είναι τυχαίο διότι αν ήταν σταθερό η σύγκρουση θα επαναλαµβανόταν πάλι επειδή και οι δύο σταθµοί θα επιχειρούσαν επανεκποµπή ταυτόχρονα

PURE ALOHA

SLOTTED ALOHA Υποθέσεις Λειτουργία Όλα τα frames έχουν το ίδιο μέγεθος Ο χρόνος χωρίζεται σε σχισμές ίσου μεγέθους Οι κόμβοι ξεκινούν ταυτόχρονα να μεταδίδουν ΜΟΝΟ στην αρχή των σχισμών Οι κόμβοι είναι συγχρονισμένοι Η σύγκρουση σε μία σχισμή ανιχνεύεται από όλους τους κόμβους Λειτουργία Όταν ένας κόμβος παραλαμβάνει ένα νέο frame , το μεταδίδει στην επόμενη σχισμή Αν δεν έγινε σύγκρουση , ο κόμβος μπορεί να στείλει νέο frame στην επόμενη σχισμή Σε περίπτωση σύγκρουσης ο κόμβος ξαναμεταδίδει το frame σε κάθε επόμενη σχισμή με πιθανότητα p έως ότου πετύχει

SLOTTED ALOHA

PURE VS SLOTTED ALOHA

ΑΣΚΗΣΗ 1 Οι συσκευές A και Β είναι συνδεμένες στο Ethernet και έχουν δύο πακέτα να στείλουν η κάθε μια. Υποθέτουμε ότι τα πακέτα είναι ίδιου μεγέθους, τέτοιου ώστε η μετάδοση τους μπορεί να ολοκληρωθεί μέσα σε τ ms. Δεν υπάρχουν άλλες συσκευές στο Ethernet στο οποίο είναι συνδεμένες που να θέλουν να στείλουν εκείνη την περίοδο. Ας υποθέσουμε ότι τη χρονική στιγμή T οι δύο αυτές συσκευές στέλνουν ταυτόχρονα το πακέτο και υπάρχει σύγκρουση (packet collision). Ας θεωρήσουμε ότι η λέξη “slot” αναφέρεται στην ελάχιστη χρονική περίοδος που χρειάζεται για την μετάδοση του πακέτου. Με ποιά πιθανότητα ο Β θα έχει ολοκληρώσει τις μεταδόσεις του πριν την χρονική στιγμή Τ + 4τ;

ΑΣΚΗΣΗ 1 ΛΥΣΗ Υπάρχουν 2 σενάρια τα οποία οδηγούν στο να στείλει ο Β και τα δύο πακέτα πριν τη χρονική στιγμή Τ+4t Το πρώτο Στη θυρίδα 0 η πιθανότητα ο Α να διαλέξει 1 από το backoff window του είναι ½ και η πιθανότητα ο Β να επιλέξει 0 είναι επίσης ½ (από δύο πιθανές επιλογές επιλέγουν μία με ίση πιθανότητα). Στη θυρίδα 2 η πιθανότητα ο Α να διαλέξει 1,2 ή 3 είναι ¾ ενώ η πιθανότητα ο Β να διαλέξει 0, είναι ½ . Άρα η συνολική πιθανότητα είναι: 𝑃(𝛴1)=1/2∗1/2∗1/2∗3/4

ΑΣΚΗΣΗ 1 ΛΥΣΗ Υπάρχουν δύο σενάρια τα οποία οδηγούν στο να στείλει ο Β και τα δύο πακέτα πριν τη χρονική στιγμή Τ+4t Το δεύτερο Όπου με παρόμοιο τρόπο βρίσκουμε οτι : 𝑃(𝛴2)=1/2∗1/2∗2/4∗1/4

ΑΣΚΗΣΗ 1 ΛΥΣΗ Άρα η συνολική πιθανότητα είναι Ρ(Σ)=Ρ(Σ1) + Ρ(Σ2)

ΑΣΚΗΣΗ 2 Έχετε μια ζεύξη που τρέχει το slotted Aloha στο οποίο Μ συσκευές Σ1, Σ2, … ΣΜ, προσπαθούν να στείλουν η κάθε μια ένα πακέτο στη χρονική θυρίδα Τ. Η κάθε συσκευή έχει ακριβώς ένα πακέτο να στείλει, και μόλις το στείλει με επιτυχία, γίνεται «ανενεργή/σιωπηλή» (idle) για πάντα. Υπολογίσετε την πιθανότητα για την οποία η κάθε συσκευή Σi στέλνει επιτυχημένα το πακέτο της την χρονική στιγμή T+i, για κάθε i=1,.., M, αντίστοιχα.

ΑΣΚΗΣΗ 2 ΛΥΣΗ Ψάχνουμε την πιθανότητα ο πρώτος κόμβος να μεταδώσει στο slot 1 ο δεύτερος στο slot 2 κ.ο.κ. Ορίζουμε ως p την πιθανότητα ένας κόμβος να μεταδώσει και ως (1-p) την πιθανότητα να μην μεταδώσει. Θέλουμε ο κόμβος να μεταδώσει στο πρώτο slot. Αυτό θα γίνει με πιθανότητα p. Στη συνέχεια θέλουμε ο δεύτερος κόμβος να μεταδώσει στο slot 2, δηλαδή να μην μεταδώσει στο πρώτο και να μεταδώσει στο δεύτερο. Αυτό γίνεται με πιθανότητα (1-p)*p

ΑΣΚΗΣΗ 2 ΛΥΣΗ Με παρόμοιο τρόπο, θέλουμε ο τρίτος να μεταδώσει στο τρίτο slot, δηλαδή να μην μεταδώσει στα δύο πρώτα και να μεταδώσει στο τρίτο, και αυτό θα γίνει με πιθανότητα (1-p)*(1-p)*p. Από αυτά βλέπουμε ότι η πιθανότητα ένας κόμβος i να μεταδίδει στο slot i είναι : 𝑃(𝐸𝑖)=𝑝∗(1−𝑝)𝑖−1 Έτσι η συνολική πιθανότητα είναι: